(57)【要約】  半導体製造システムは、化学機械研磨システムと、壁によって囲まれ、１つ以上のカセットをカセット保持エリア内に配置するためにオペレータによって開放可能なドアを有するカセット保持エリアと、カセット保持エリア内のカセットと化学機械研磨システムとの間で基板を移送するように構成されたロボットと、ロボットをホームポジションに移動させるように構成されたコンピュータコントローラと、ロボットへの電力供給ライン内の回路遮断器と、ドアが開いているかどうかを検出するためのドアセンサと、ロボットがホームポジションにあるかどうかを検出するためのロボット存在センサと、ドアセンサおよびロボット存在センサから信号を受信して、ドアが開いており、かつロボットがホームポジションにない場合に、回路遮断器にロボットへの電力を遮断させるように構成された制御回路と、を含む。【選択図】図３
2019526933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研磨システムと、
壁によって囲まれたカセット保持エリアであって、１つ以上のカセットを前記カセット保持エリア内に配置するためにオペレータによって開放可能なドアを有するカセット保持エリアと、
前記カセット保持エリア内のカセットと前記化学機械研磨システムとの間で基板を移送するように構成されたロボットと、
前記ロボットをホームポジションに移動させるように構成されたコンピュータコントローラと、
前記ロボットへの電力供給ライン内の回路遮断器と、
前記ドアが開いているかどうかを検出するためのドアセンサと、
前記ロボットが前記ホームポジションにあるかどうかを検出するためのロボット存在センサと、
前記ドアセンサおよび前記ロボット存在センサからの信号を受信して、前記ドアが開いており、かつ前記ロボットが前記ホームポジションにない場合に、前記回路遮断器に前記ロボットへの電力を遮断させるように構成された制御回路と
を備える半導体製造システム。
【請求項２】
前記ロボット存在センサが、前記ロボットが前記ホームポジションにあるときに前記ロボットの一部があると考えられる位置を通るように光ビームを向けるように構成されたビームエミッタと、前記ビームが前記ロボットによって遮られていないときに前記ビームを受け取るように配置された検出器とを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ビームエミッタが、前記ロボットが前記ホームポジションにあるときに前記ロボットのアームがあると考えられる位置を通るように前記光ビームを向けるように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ビームエミッタが、前記ロボットが前記ホームポジションにあるときに前記ロボットのエンドエフェクタがあると考えられる位置を通るように前記光ビームを向けるように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記ロボット存在センサが、前記ロボットのアームの動きを検出するための第１のセンサと、前記ロボットのエンドエフェクタの動きを検出するための第２のセンサとを備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のセンサが、前記ロボットが前記ホームポジションにあるときに前記ロボットの前記アームがあると考えられる位置を通るように第１の光ビームを向けるように構成された第１のビームエミッタと、前記ビームが前記アームによって遮られていないときに前記第１の光ビームを受け取るように配置された第１の検出器とを備え、前記第２のセンサが、前記ロボットが前記ホームポジションにあるときに前記ロボットの前記エンドエフェクタがあると考えられる位置を通るように第２の光ビームを向けるように構成された第２のビームエミッタと、前記ビームが前記エンドエフェクタによって遮られていないときに前記第２の光ビームを受け取るように配置された第２の検出器とを備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記カセット保持エリアが、カセットローディングエリアとカセットステージングエリアとを備え、前記ロボットが、前記カセットを前記ローディングエリアと前記ステージングエリアとの間で移送するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記ホームポジションが、前記ステージングエリア内にある、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ロボットが、前記ステージングエリア内のカセットから基板を取り出して、前記基板を前記化学機械研磨システム内の移送ステーションに配置するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ロボットが、前記化学機械研磨システム内の前記移送ステーションから前記基板を回収して、前記ステージングエリア内のカセットに前記基板を戻すように構成されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記カセット保持エリアと前記化学機械研磨システムとの間の壁と、前記ロボットによって前記カセット保持エリアと前記化学機械研磨システムとの間で基板を移送するための前記壁内のポートとを備え、前記ホームポジションが前記ポートに隣接している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記制御回路が、前記回路遮断器に前記ロボットへの電力を回復させるための手動操作の電力回復スイッチを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
半導体製造システムを動作させる方法であって、
ロボットを用いてカセット保持エリアから化学機械研磨システムに基板を移送することと、
前記カセット保持エリアへのドアを開いて、基板を有するカセットを前記カセット保持エリアにローディングすることと、
前記ドアが開いているかどうかを検出することと、
前記ロボットがホームポジションにあるかどうかを検出することと、
前記ドアが開いていること、かつ前記ロボットが前記ホームポジションにないことを検出したことに応答して、前記ロボットへの電力を遮断することと
を含む方法。
【請求項１４】
前記ロボットが前記ホームポジションにあるかどうかを検出することが、前記ロボットが前記ホームポジションにあるときに前記ロボットの一部があると考えられる位置を通るように光ビームを向けることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１５】
前記ロボットが前記ホームポジションにあるかどうかを検出することが、前記ロボットが前記ホームポジションにあるときに前記ロボットのアームがあると考えられる位置を通るように第１の光ビームを向けることと、前記ロボットが前記ホームポジションにあるときに前記ロボットのエンドエフェクタがあると考えられる位置を通るように第２の光ビームを向けることとを含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、化学機械研磨に関し、特に、化学機械研磨ツール内のカセットにアクセスするロボットを制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、通常、シリコンウエハ上に導電層、半導体層、または絶縁層を順次堆積することによって基板上に形成される。様々な製造プロセスが、基板上の層の平坦化を必要とする。例えば、１つの製造ステップは、絶縁層中のトレンチまたは孔を埋めるために、パターニングされた絶縁層上に導電性フィラー層を堆積させることを含む。次いで、絶縁層の隆起パターンが露出するまで、フィラー層が研磨される。平坦化後、絶縁層の隆起パターンの間に残っている導電性フィラー層の部分は、基板上の薄膜回路間に導電経路を提供するビア、プラグおよびラインを形成する。他の製造ステップは、絶縁層が、下にある層の上での目標厚さに達するまで、絶縁層を平坦化することを、含む。
【０００３】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、１つの認められた平坦化の方法である。化学機械研磨システムは、通常、回転する研磨パッドに対して基板を保持するためのキャリアヘッドを含む。キャリアヘッドは、基板を研磨パッドに押し付けるために、基板に制御可能な荷重を与える。研磨粒子を有するスラリなどの研磨液が、研磨パッドの表面に供給される。
【０００４】
基板を化学機械研磨システムに移送するために、基板は、通常、例えば手動で、または以前の処理ステーションで、カセットにローディングされる。このカセットは、次に、通常、半導体製造設備のクリーンルーム環境にアクセス可能なエリアであるファクトリインターフェースモジュールに搬送されて、その中に配置されることができる。ロボットが、ファクトリインターフェースモジュール内のカセットからＣＭＰツール内のロード／アンロードステーションに基板を移送することができ、そこで基板は、キャリアヘッドにローディングまたはキャリアヘッドからアンローディングされることができる。
【発明の概要】
【０００５】
一態様において、半導体製造システムは、化学機械研磨システムと、壁によって囲まれ、１つ以上のカセットをカセット保持エリア内に配置するためにオペレータによって開放可能なドアを有するカセット保持エリアと、カセット保持エリア内のカセットと化学機械研磨システムとの間で基板を移送するように構成されたロボットと、ロボットをホームポジションに移動させるように構成されたコンピュータコントローラと、ロボットへの電力供給ライン内の回路遮断器と、ドアが開いているかどうかを検出するためのドアセンサと、ロボットがホームポジションにあるかどうかを検出するためのロボット存在センサと、ドアセンサおよびロボット存在センサから信号を受信して、ドアが開いており、かつロボットがホームポジションにない場合に、回路遮断器にロボットへの電力を遮断させるように構成された制御回路と、を含む。
【０００６】
別の態様において、半導体製造システムを動作させる方法は、ロボットを用いてカセットローディングエリアから化学機械研磨システムに基板を移送することと、カセットローディングエリアへのドアを開いて、基板を有するカセットをカセット保持エリアにローディングすることと、ドアが開いているかどうかを検出することと、ロボットがホームポジションにあるかどうかを検出することと、ドアが開いていること、およびロボットがホームポジションにないことを検出したことに応答して、ロボットへの電力を遮断することと、を含む。
【０００７】
いくつかの実施態様は、以下の利点のうちの１つ以上を含むことができる。ファクトリインターフェースモジュールへのドアが開いているときに、ロボットがホームポジションから離れるのを防ぐことができる。システムの停止時間を短縮しながら、オペレータの安全を維持することができる。
【０００８】
１つ以上の実施態様の詳細が、添付の図面および以下の説明に記載されている。他の態様、特徴および利点が、説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】化学機械研磨システムを含む処理システムの概略斜視図である。
【図２】化学機械研磨システムを含む処理システムの概略上面図である。
【図３】ホームポジションにあるロボットの概略側面図である。
【図４】ロボットインターロックの概略ブロック図である。
【図５】ロボットインターロックの動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
様々な図面中の同様の参照記号は、同様の要素を示す。
【００１１】
オペレータを保護するためには、カセットが化学機械研磨システムにおいてローディングまたはアンローディングされるときにロボットが固定されることが重要である。これを実現するための１つの方法は、ドアにスイッチを設けて、スイッチがロボットのコンタクタ（実際上、ロボットにとっての回路遮断器）に接続されて、ドアが開いているときにロボットへの電力が遮断されるようにすることである。ロボットへの電力を完全に遮断することが、さまざまな州または国の労働安全規制によって要求され得る。残念なことに、一旦ロボットへの電力が遮断されると、ドアが閉じられた後にロボットを再起動させることは、ロボットの完全な再初期化を必要とし、それは時間がかかり（例えば、８０秒以上）、スループットを低下させ得る。
【００１２】
ロボットがホームポジションから移動したときにロボットのコンタクタをトリガするセンサシステムをカセット保持エリアに配置することによって、ロボットの再初期化を必要とせずにドアを開くことを可能にしながらオペレータの安全を維持できる。
【００１３】
図１を参照すると、基板処理システム１０は、基板ローディング装置３０に隣接して配置された化学機械研磨システム２０を含む。基板ローディング装置３０は、壁１０２によって囲まれたカセット保持エリア１００を含み、壁１０２は透明にすることができる。ドア１０４が、壁１０２に配置され、設備のオペレータによるカセット保持エリア１００へのアクセスを可能にし（図１参照）、カセット保持エリア１００は、カセットローディングエリア３２および／またはカセットステージングエリア３３を含むことができる（図２参照）。壁１０２は、カセットローディングエリア３２を囲むことができる（図２参照）。開口部１０３（図１および図３参照）が、カセットローディングエリア３２とカセットステージングエリア３３との間のアクセスを提供することができる。
【００１４】
基板ローディング装置３０は、保持エリア１００内、例えばカセットステージングエリア３３内のカセットと化学機械研磨システム２０との間で基板を移送するためのロボット１１０、例えばウェットロボット（ｗｅｔ  ｒｏｂｏｔ）を、さらに含む。ロボット１１０は、ローディングエリア３２とステージングエリア３３との間でカセットを移送するためにも使用することができる。
【００１５】
基板４０は、１つ以上のカセット４２内で基板処理システム１０に搬送される。オペレータが、ドア１０４を開き、カセット４２をローディングエリア３２内に、例えば支持体上に配置し、次いでドア１０４を閉じる。次にロボット１１０が、カセット４２をローディングエリア３２からステージングエリア３３に移送する。あるいは、ドア１０４が直接ステージングエリア３３まで通じている場合、オペレータは、カセット４２を直接ステージングエリア３３に配置することができる。
【００１６】
次に、１つ以上の基板４０が、ロボット１１０によって、ステージングエリア３３内のカセット４２から取り出され、化学機械研磨システム２０にローディングされる。次いで研磨システム２０が、基板４０を研磨し、次いでロボット１１０が、基板４０をステージングエリア３３内の元のカセット４２または異なるカセットのいずれかに戻す。カセット４２内の基板に対して所望の研磨作業が完了すると、ロボットは、カセット４２をローディングエリア３２に戻すことができ、オペレータは、ドア１０４を開いて、カセット４２を取り出して、ドアを閉じることができる（あるいは、ドアのいくつかの位置では、オペレータは、カセットをステージングエリア３３から直接取り出すことができる）。
【００１７】
ロボット１１０の動きなどの基板処理システム１０の動作は、制御ソフトウェアを実行する１つ以上のプログラム可能なデジタルコンピュータを含むことができるコントローラ９０によって調整することができる。例えば、コントローラ９０は、ＣＰＵ９２、ソフトウェアを記憶するためのメモリ９４、および他の支援回路９６、例えば入力／出力装置、記憶装置などを含むことができる。
【００１８】
化学機械研磨システム２０は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．によって製造されたＭｉｒｒａ（登録商標）化学機械研磨機とすることができる。研磨機の説明は、米国特許第５，７３８，５７４号に見出すことができる。
【００１９】
研磨システム２０は、テーブルトップ２３が上に取り付けられた下部機械ベース２２と、取り外し可能な上部外側カバー２４とを含むことができる。機械ベースは、一連の研磨ステーション（２つのステーション５０ａおよび５０ｃが見える）ならびに移送ステーション７０を支持することができる。研磨システム２０は、回転可能なカルーセルなどのキャリアヘッド搬送機構８０から吊り下げられた１つ以上のキャリアヘッド８２（図３参照）を、さらに含むことができる。各研磨ステーションは、その上に研磨パッドが配置された回転可能なプラテンと、研磨パッドを磨かれた状態に維持するための対応するパッドコンディショナー装置６０とを含む。
【００２０】
移送ステーション７０は、ローディング装置３０からロボット１１０を介して個々の基板４０を受け取る、基板４０をキャリアヘッドにローディングする、基板４０をキャリアヘッドから再び受け取る、最後に基板をロボット１１０に戻して、ローディング装置３０に戻す、という複数の機能を果たす。移送ステーション７０は、研磨作業の前および／または後に、場合によっては基板をリンスまたは洗浄することもできる。
【００２１】
スラリおよび他の研磨屑を研磨装置２０内にかつカセット保持エリア１００から離れて封じ込めるために、壁１０６（図２参照）を研磨装置２０とウエハローディング装置３０との間に置くことができる。ロボット１１０による研磨システム２０とローディング装置３０との間の基板の移送のために、開口部またはスライドドアなどのポート１０８（図２参照）を壁１０６に配置することができる。壁１０６は、ウエハローディング装置３０を収容するクリーンルームと研磨装置２０を収容するより汚れたエリアとの間の障壁として作用し得る。
【００２２】
いくつかの実施態様では、カセットステージングエリア３３は、カセット４２を受け取るために、脱イオン水などの液体バス３８で満たされた保持槽３６を含む。バスは、カセット４２およびその中に収容されているウエハ４０が浸されるのに十分な深さにすることができる。あるいは、カセット４２は、カセットステージングエリア３３内の台もしくは棚などの支持体上、または床上に単に置かれてもよい。
【００２３】
ロボット１１０は、オーバーヘッドトラック１１４からぶら下がって下降する伸長性のアーム１１２を含むことができる。ロボット１１０のアーム１１２の下端は、ウエハブレード１１８および／またはカセットクロー１１９を含むリストアセンブリ１１６を含むことができる。カセットローディングエリア３２が使用される場合、カセットクロー１１９は、ローディングエリア３２とステージングエリア３３との間でカセット４２を移動させるように動作させることができる。ウエハブレード１１８は、カセットステージングエリア３３内のカセット４２と移送ステーション７０との間で基板４０を移動させるように動作させることができる。
【００２４】
図１および残りの図は、移送ステーション７０から離れた機械ベース２２の側に配置されたローディングエリア３２を示しているが、この図は単なる概略図であり、他の構成も可能である。さらに、ウエハ洗浄機、ウエハ乾燥機、計測ステーションなどの他の構成要素を基板処理システム１０に統合することができる。
【００２５】
図２を参照すると、コントローラ９０は、例えば、カセット４２と移送ステーション７０との間で基板を移動させないとき、またはユーザによる命令があると、ロボット１１０の下降アーム１１２をホームポジション３４に戻すように、構成することができる。ホームポジションは、例えば化学機械研磨システム２０へのドア１０８に隣接して、カセットステージングエリア３３内にあることができる。
【００２６】
処理システム１０は、カセット保持エリア１００へのドア１０４が開いている間、ロボット１１０が動かないようにするが、ロボットが保持ポジション３４にあるときにロボット１１０への電力を遮断することのないロボットインターロック１２０（図４参照）を、さらに含む。これにより、ロボット１１０の再初期化を必要とせずにドア１０４を開くことを可能にしながら、オペレータの安全を維持することができる。
【００２７】
図４を参照すると、ロボット１１０への電力は、電源１２２からコンタクタ１２４、例えば回路遮断器を通ってロボットに向けられる。コンタクタ１２４は、いくつかのセンサに結合されている制御回路１２６によって（ロボット１１０への電力が遮断されるように）切られることができる。コンタクタ１２４は、一旦切られると、ロボット１１０への電力を回復するために手動で反転させる必要があるように、構成することができる。
【００２８】
図２を参照すると、ドア１０４は、ドア１０４が開いているか閉じているかを示す信号を生成するスイッチ１０５を含む。
【００２９】
また、図３を参照すると、ロボットインターロック１２０は、ロボット１１０がホームポジション３４にあるかどうかを検出するための１つ以上のロボット存在センサを含む。いくつかの実施態様では、ロボットインターロックは、アーム１１２の動きを検出するための第１のセンサ１３０と、ロボットエンドエフェクタ、すなわちウエハブレード１１８またはカセットクロー１１９の動きを検出するための第２のセンサ１４０とを含む。
【００３０】
一例として、第１のセンサ１３０は、例えばＬＥＤなどの第１のビームエミッタ１３２と、例えば光検出器などの第１の検出器１３４とを含むスルービームセンサを含むことができる。第１のビームエミッタ１３２は、ロボット１１０がホームポジションにあるときにアーム１１２が配置されていると考えられる位置を通過する光ビーム１３６（可視光または非可視光であり得る）を生成するように構成される。第１の検出器１３４は、ビームがアーム１１２によって遮られていないときにビームを受け取るように配置されている。したがって、第１の検出器１３４が光ビーム１３６を検出した場合、これは、アーム１１２が保持ポジションにないことを示す。
【００３１】
同様に、第１のセンサ１３０は、例えばＬＥＤなどの第２のビームエミッタ１４２と、例えば光検出器などの第２の検出器１４４とを含むスルービームセンサを含むことができる。第２のビームエミッタ１４２は、ロボット１１０がホームポジションにあるときにエンドエフェクタ、例えばウエハブレード１１８が配置されていると考えられる位置を通過する光ビーム１４６（可視光または非可視光であり得る）を生成するように構成される。第２の検出器１４４は、ビームがアーム１１２、例えばエンドエフェクタによって遮られていないときにビームを受け取るように配置されている。したがって、第２の検出器１４４が光ビーム１４６を検出した場合、これは、アーム１１２、例えばエンドエフェクタがホームポジションにないことを示す。
【００３２】
図５を参照すると、制御回路１２６は、以下のように動作する。ドアセンサ１０５からの信号が、ドア１０４が閉じられていることを示す場合、１つ以上のセンサ１３０、１４０からの信号に関係なく、ロボットへの電力を維持することができる。一方、ドアセンサ１０５からの信号が、ドア１０４が開いていることを示し、かつセンサ１３０、１４０のいずれかが、ロボット１１０がホームポジション１０５から移動したことを示す場合、制御回路１２６が、コンタクタ１２４を切り、電力が、ロボット１１０から遮断される。これは、さらなる動作を実行することができる前に、ロボットの再初期化を必要とし得る。しかしながら、ドアセンサ１０５からの信号が、ドア１０４が開いていることを示すが、センサ１３０、１４０の両方が、ロボット１１０がホームポジションにあることを示す場合、ロボットへの電力は維持される。これにより、ロボット１１０への電力を遮断することなく、カセット４２をカセット保持エリア１００にローディングすることができるようにドア１０４を開くことが可能となり、ロボットの停止時間を回避し、オペレータの安全を維持しながら装置のスループットを向上させる。電力遮断がソフトウェアによって無効にされることができないように、制御回路１２６、センサ１０５、１３０、および１４０はすべて、例えばアナログ回路で配線接続することができる。
【００３３】
オペレータがロボットへの電力を手動で遮断する必要がある場合には、制御回路１２６は、手動の電力遮断スイッチ（例えばボタン）を含むことができる。制御回路１２６はまた、手動で電源遮断した後であれ、ロボットがホームポジションになく、かつドアが開いているときに、前述のように自動で電源遮断した後であれ、ロボット１１０への電力を回復するためにオペレータがコンタクタ１２４を「反転」させるための手動操作の電力回復スイッチ、例えばボタンを含むことができる。
【００３４】
コントローラ９０の機能的動作は、デジタル電子回路を通じて、または本明細書に開示された構造的手段およびその構造的均等物を含む、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェアで、またはそれらの組み合わせで、実施することができる。
【００３５】
コントローラ９０の機能的動作は、１つ以上のコンピュータプログラム製品を通じて、すなわち、例えばプログラム可能なプロセッサ、コンピュータ、または複数のプロセッサもしくはコンピュータなどのデータ処理装置による実行のため、またはその動作を制御するために、情報担体に、例えば非一時的機械可読記憶媒体または伝搬信号に有形に具体化された１つ以上のコンピュータプログラムを通じて、実施することができる。コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、またはコードとも呼ばれる）は、コンパイラ言語またはインタープリタ言語を含む任意の形式のプログラミング言語で記述することができ、スタンドアロンプログラム、または、モジュール、コンポーネント、サブルーチン、もしくはコンピューティング環境での使用に適した他のユニットを含む任意の形式で配置することができる。コンピュータプログラムは、必ずしもファイルに対応しない。プログラムは、他のプログラムもしくはデータを保持しているファイルの一部、当該プログラム専用の単一ファイル、または複数の協調したファイル（例えば、１つ以上のモジュール、サブプログラム、もしくはコードの一部を格納するファイル）に格納することができる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータまたは複数のコンピュータ上で実行されるように、１つのサイトに配置されてもよいし、または複数のサイトにわたって分散されて通信ネットワークによって相互接続されてもよい。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態を説明した。それにもかかわらず、本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な修正を加えることができることが、理解されよう。したがって、他の実施形態も、以下の特許請求の範囲内にある。
【図１】
2019526933.tif 000003
【図２】
2019526933.tif 000004
【図３】
2019526933.tif 000005
【図４】
2019526933.tif 000006
【図５】
2019526933.tif 000007
【国際調査報告】
2019526933.tif 000008
2019526933.tif 000009
2019526933.tif 000010